-I--IIIMACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r3\h農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究摘要傳統(tǒng)的蔬菜種植方式存在著許多問題。首先，勞動(dòng)力成本高。蔬菜種植需要大量的人工勞動(dòng)，如播種、澆水、施肥、病蟲害防治等，這些都需要人力完成。其次，蔬菜種植效率低。傳統(tǒng)種植方式主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)，無法精確控制種植環(huán)境，導(dǎo)致生長速度慢、產(chǎn)量低。本論文旨在開發(fā)一種能夠自動(dòng)完成蔬菜種植的農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人，本文其中包括了履帶底架、播種機(jī)構(gòu)、開溝機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)，它可以完成蔬菜種植的自動(dòng)化作業(yè)。此外，本文還對(duì)主要傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)軸進(jìn)行了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行了確定，完成了V形帶機(jī)構(gòu)的選型方案，并完成了轉(zhuǎn)軸、軸承機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核，可以達(dá)到使用要求。此外，還對(duì)其經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益進(jìn)行了分析，其有著廣泛的市場(chǎng)前景，對(duì)大棚種植機(jī)器人的研究有著非常重大的意義。關(guān)鍵詞：大棚種植；機(jī)器人；播種機(jī)構(gòu)DesignofgreenhouseplantingrobotmechanismAbstractTherearemanyproblemswithtraditionalvegetablecultivationmethods.Firstly,laborcostsarehigh.Vegetablecultivationrequiresalargeamountofmanuallabor,suchassowing,watering,fertilization,pestcontrol,etc.,allofwhichrequirehumanlabortocomplete.Secondly,vegetablecultivationefficiencyislow.Traditionalplantingmethodsmainlyrelyonmanualexperienceandcannotpreciselycontroltheplantingenvironment,resultinginslowgrowthspeedandlowyield.Thispaperaimstodevelopanagriculturalgreenhousevegetableplantingrobotthatcanautomaticallycompletevegetableplanting.Thispaperincludesstructuressuchasacrawlerframe,asowingmechanism,andatrenchingmechanism,whichcancompleteautomatedvegetableplantingoperations.Inaddition,thisarticlealsodesignedthestructureofthemaintransmissionsystem'stransmissiongearsandshaft,determinedthedrivingmotorofthemechanism,completedtheselectionschemeoftheV-beltmechanism,andcompletedthestrengthverificationoftheshaftandbearingmechanism,whichcanmeettherequirementsforuse.Inaddition,ananalysisofitseconomicandsocialbenefitshasbeenconducted,andithasbroadmarketprospects,whichisofgreatsignificancefortheresearchofgreenhouseplantingrobots.Keywords:Greenhouseplanting;Robots;Seedingmechanism目錄摘要 -第1章引言1.1課題研究的意義傳統(tǒng)的蔬菜種植方式存在著許多問題。首先，勞動(dòng)力成本高。蔬菜種植需要大量的人工勞動(dòng)，如播種、澆水、施肥、病蟲害防治等，這些都需要人力完成[1]。其次，蔬菜種植效率低。傳統(tǒng)種植方式主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)，無法精確控制種植環(huán)境，導(dǎo)致生長速度慢、產(chǎn)量低。此外，還有生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定、資源利用率不高等問題[2]。隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化和智能化成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為一種智能化的農(nóng)業(yè)設(shè)備，已經(jīng)開始在許多國家得到廣泛應(yīng)用[3]。通過自動(dòng)化和智能化的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜種植環(huán)境的精確控制，提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，并且可以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。本論文旨在開發(fā)一種能夠自動(dòng)完成蔬菜種植的農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人。該機(jī)器人可以通過自動(dòng)化和智能化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜種植環(huán)境的精確控制，提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量[4-6]。該機(jī)器人應(yīng)該具備自動(dòng)化采摘、種植等功能，實(shí)現(xiàn)智能化管理。此外，該機(jī)器人還應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持[7]。農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的研究意義農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人可以自動(dòng)化地完成蔬菜種植的各項(xiàng)任務(wù)，包括種植、采摘等。這可以大大減少人力成本，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。隨著消費(fèi)者對(duì)蔬菜種類、品質(zhì)、安全性的要求不斷提高，農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人可以快速地適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，調(diào)整種植計(jì)劃和生產(chǎn)規(guī)模[8]。農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的研究和應(yīng)用，可以推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，提高我國農(nóng)業(yè)的國際競(jìng)爭力。綜上所述，農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)的社會(huì)效益。通過該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，可以推動(dòng)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人是近年來農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，國內(nèi)外研究者已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展[9-12]。在歐美等發(fā)達(dá)國家，大棚種植機(jī)器人的研究已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注和高度重視，許多高校和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行相關(guān)研究工作，并且取得了一些重要的成果。例如，美國加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院等知名高校在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，推出了一些具有代表性的大棚種植機(jī)器人產(chǎn)品。國外一些研究機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)開發(fā)出了一些自動(dòng)化播種和種植機(jī)器人，如荷蘭的HortiMaX公司和韓國的LG公司。這些機(jī)器人可以在大棚內(nèi)自動(dòng)播種、澆水、施肥等，并且可以精確控制種植環(huán)境和種植參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和降低成本[13]。智能化蔬菜種植機(jī)器人是一種更為先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，可以通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)蔬菜種植的自動(dòng)化和智能化。這些機(jī)器人通常配備了多種傳感器和智能算法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)、調(diào)整種植參數(shù)、識(shí)別病蟲害等，提高蔬菜的質(zhì)量和產(chǎn)量[14]。例如，日本的溫室蔬菜種植公司KampoGroup已經(jīng)開發(fā)出了一種智能化蔬菜種植機(jī)器人，可以通過人工智能技術(shù)自動(dòng)調(diào)整溫室環(huán)境參數(shù)和種植參數(shù)，提高蔬菜的質(zhì)量和產(chǎn)量。一些歐美公司也在大棚種植機(jī)器人方面進(jìn)行了研究和開發(fā)，推出了一些成熟的產(chǎn)品。例如，荷蘭的Greenport公司開發(fā)了一款基于機(jī)器視覺技術(shù)的智能大棚種植機(jī)器人，可以根據(jù)植物的生長狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)整，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。此外，日本的Sawada公司也推出了一款基于人工智能技術(shù)的智能大棚種植機(jī)器人，可以預(yù)測(cè)植物的生長狀態(tài)和產(chǎn)量，并制定最優(yōu)的種植計(jì)劃[15]。無人駕駛和遠(yuǎn)程監(jiān)控的蔬菜種植機(jī)器人是一種技術(shù)更為先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，可以在沒有人類干預(yù)的情況下獨(dú)立完成蔬菜種植任務(wù)，并且可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。以色列的Agrobot公司已經(jīng)開發(fā)出了一種無人駕駛的蔬菜種植機(jī)器人，可以在大棚內(nèi)自動(dòng)移動(dòng)、播種、澆水、施肥等，并且可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的農(nóng)業(yè)設(shè)備發(fā)展與歐美國家相比較為緩慢，精密播種主要研究是從1980年代開始的，研究熱點(diǎn)初期主要集中于種植間距、種植質(zhì)量、土地條件等方面考慮，同時(shí)，根據(jù)農(nóng)業(yè)設(shè)備的現(xiàn)狀，初期的研究方向主要集中于半精良化控制的農(nóng)耕設(shè)備，這種設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)較為簡單，并且，不能實(shí)現(xiàn)精良化的高效種植播種[16-18]。在1990年之后，為了提高我國的播種產(chǎn)量和質(zhì)量，我國逐步推進(jìn)了精密播種設(shè)備的研發(fā)及推廣工作，目前，能夠完成緊密播種相關(guān)設(shè)備的研發(fā)企業(yè)已經(jīng)達(dá)到了20余家，其生產(chǎn)的型號(hào)產(chǎn)品達(dá)到了50余種，適用于不同的地況及地質(zhì)條件需求，可以滿足大批量的推廣及使用[19]。按照種類進(jìn)行劃分，我國的精密播種設(shè)備主要包括玉米、大豆、水稻等農(nóng)作物，其功率最大能夠達(dá)到50千瓦，滿足大部分高功率的拖拉機(jī)的牽引匹配需要，可以實(shí)現(xiàn)高效播種及高效種植。現(xiàn)有的播種設(shè)備為了能夠滿足不同的工況需求，需要能夠適用于不同的種子的播種要求，因此，其設(shè)備的播種機(jī)構(gòu)一般是設(shè)計(jì)為可調(diào)式或者可以更換式，這種機(jī)構(gòu)通過改變種子排料的孔徑尺寸，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種子的尺寸的適用要求[20]。同時(shí)，在實(shí)際使用過程中，調(diào)節(jié)播種機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，可以調(diào)節(jié)種子的種植間距，滿足不同的地況的需求，這些因素都是播種機(jī)的設(shè)計(jì)需要考慮的重要一環(huán)。由于地質(zhì)條件的不同，對(duì)于播種機(jī)的開溝部件和鎮(zhèn)壓部件都提出了較為嚴(yán)格的要求，因此，為了提高播種機(jī)的通用性，一般將開溝部件也可以設(shè)計(jì)為可以更換式的，這種可以更換的開溝部件一般是包括滑刀機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)等多種不同的開溝頭的型號(hào)，這些型號(hào)能夠滿足不同的地質(zhì)需要。在早期的精密播種設(shè)備的研發(fā)過程中，播種設(shè)備的牽引速度一般在5km/h左右，這種速度明顯低于拖拉機(jī)的工作時(shí)速，因此，在后續(xù)的設(shè)備研發(fā)過程中，將其機(jī)構(gòu)完成優(yōu)化，已經(jīng)能夠達(dá)到10km/h，這顯然能夠極大地提高了工作效率，并且，可以適用于大多數(shù)的農(nóng)地，并不會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行適用性[21]。但是，提高播種設(shè)備的運(yùn)行速度會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)一定的卡頓難題，導(dǎo)致播種距離并不能夠穩(wěn)定控制，降低了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，在后續(xù)研發(fā)過程中，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行完善。在播種的工序進(jìn)行過程中，為了能夠提高播種效率，經(jīng)常是多個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工序的共同執(zhí)行，目前，主要常用的復(fù)合工序包括播種、施肥等工序，可以在播種設(shè)備上面部署施肥機(jī)構(gòu)，在完成精密播種控制的過程中，實(shí)現(xiàn)施肥的精準(zhǔn)控制，能夠提高其工作效率和施肥效果，降低各個(gè)工序的間隙時(shí)間。另一方面，部分設(shè)備是將土地的除草、旋耕等作業(yè)與播種作業(yè)協(xié)調(diào)運(yùn)行，在播種設(shè)備的前端安裝了除草、旋耕等機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)首先完成土地的整地作業(yè)，在整地完成之后，完成播種能夠提高工作效率。播種設(shè)備是農(nóng)業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，研發(fā)的時(shí)間交長，雖然已經(jīng)有了較多的研究，但是，其研究方向依然還有很多熱點(diǎn)，主要包括提高播種設(shè)備的工作效率，通過改變各個(gè)機(jī)構(gòu)的材料及結(jié)構(gòu)，提高各個(gè)部件的使用壽命和可靠性。并且，隨著智能化設(shè)備的逐漸發(fā)展，通過在播種設(shè)備上面增設(shè)智能化的組件及部件也是一個(gè)新的發(fā)展方向，采用傳感器或者其他的智能化采集設(shè)備，能夠完成對(duì)播種質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以達(dá)到播種的智能化控制，對(duì)于提高設(shè)備的播種質(zhì)量也有著一定的促進(jìn)作用。近年來，國內(nèi)一些高校和研究機(jī)構(gòu)也開始開展農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的研究工作，并取得了一定的進(jìn)展。例如：北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院研發(fā)了一種自動(dòng)化蔬菜種植機(jī)器人，可以自動(dòng)化地完成蔬菜種植的各項(xiàng)任務(wù)，包括播種、澆水、施肥等。天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研發(fā)了一種智能化蔬菜種植機(jī)器人，可以通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)蔬菜種植的自動(dòng)化和智能化。浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院研發(fā)了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的蔬菜種植機(jī)器人，可以通過機(jī)器視覺技術(shù)自動(dòng)識(shí)別病蟲害和環(huán)境參數(shù)等。綜上所述，國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的研究方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。然而，由于該領(lǐng)域涉及到多種學(xué)科的交叉融合，如機(jī)械工程、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能等，因此還需要進(jìn)一步研究和探索，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植機(jī)器人的廣泛應(yīng)用和普及。

第2章總體方案設(shè)計(jì) 2.1整機(jī)結(jié)構(gòu)組成齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式之一，它是一種利用齒輪傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)方式。鏈條傳動(dòng)通過鏈條連接兩個(gè)鏈輪齒，將動(dòng)力傳遞給鏈輪鏈，這種方式也被普遍采用，傳動(dòng)效率高，但噪音相對(duì)較大。傳送帶傳動(dòng)是利用傳送帶的張緊來傳送傳送帶或傳送動(dòng)力，它具有構(gòu)造簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了越來越多的使用。如何合理地選用傳輸模式，直接關(guān)系到整個(gè)溫室大棚機(jī)器人的高品質(zhì)工作。常用的傳動(dòng)形式有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和傳送帶傳動(dòng)，這三種傳動(dòng)形式都有各自的特性，適用范圍也不盡相同，現(xiàn)在將這三種傳動(dòng)方法的優(yōu)劣列于表2-1中。表2-1各種傳動(dòng)方式的對(duì)比傳動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)齒輪傳動(dòng)具有高效、緊湊、加工精度高的優(yōu)點(diǎn)不適用于長距離傳輸鏈傳動(dòng)具有很高的傳動(dòng)比，能在高溫高壓等苛刻條件下正常運(yùn)行傳動(dòng)平順度低，價(jià)格昂貴，容易磨損，并且有很大的噪聲。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、具有緩沖功能，可用于兩個(gè)軸距較大的轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)噪聲較低，與齒輪相比，其精度較差比較了表2-1所示的三種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不足。種植機(jī)械作業(yè)過程中，必須有人進(jìn)行作業(yè)，若使用鏈條驅(qū)動(dòng)，人員長期暴露在噪聲中，將極大地?fù)p害聽覺，可以排除鏈條的方法。而溫室大棚播種機(jī)對(duì)傳輸效率的需求并不高，因此，本文提出了一種價(jià)格低廉的皮帶傳動(dòng)方案。2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理本文所研究的溫室大棚播種機(jī)的結(jié)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)單元、框架、施肥、開溝、旋耕和作業(yè)等部分。該驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件是錐齒輪減速器，聯(lián)接軸和皮帶輪。本設(shè)計(jì)可對(duì)電機(jī)的輸出速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到合適的速度，從而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的增大。其工作原理是：采用旋耕刀完成土地的旋耕翻土作業(yè)，然后利用開溝的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開溝任務(wù)，最后再用播種機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)完成土地的播種及種植。框架為Q235鋼，采用全焊接的方式進(jìn)行整體的連接。該裝置的動(dòng)力以電機(jī)的輸出軸。通過萬向連接件連接到輸入軸上，而輸入軸又連接到圓錐齒輪減速箱中的小圓錐齒輪上，起到傳動(dòng)功率和減速增強(qiáng)扭矩的作用。小帶輪與錐齒輪的輸出軸相連，小帶輪利用傳送帶將轉(zhuǎn)矩傳送給大帶輪。一般是由大帶輪和滾耕刀相連，使靜止的刀片作轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。圖2-1整機(jī)裝配圖2.3開勾器的選型設(shè)計(jì)在溫室栽培機(jī)械中，挖溝機(jī)構(gòu)是一個(gè)非常關(guān)鍵的工作部分，它的應(yīng)用對(duì)設(shè)備選型、種子的品質(zhì)有很大的影響。選擇合適的開槽機(jī)，才能取得較好的排種效果。它是在田地里開溝或開種孔，然后將種子導(dǎo)入溝內(nèi)，然后在上面蓋上一層潮濕的泥土。開槽機(jī)應(yīng)以垂直、平整、深淺均勻的方式進(jìn)行，不能將土壤攪碎；也不要讓土壤中的垃圾（作物殘茬、雜草、化肥等）阻塞。目前，國內(nèi)外已研制出各種適用于開溝器，在下圖中可以看到一些常見的類型。圖2-2幾種常用開溝器當(dāng)前國內(nèi)關(guān)于開溝器的研究也多以此圓盤開溝器為基礎(chǔ)進(jìn)行。圓盤式開溝機(jī)的成直角插入土壤。工作狀態(tài)下，土壤豎向反作用力面向下，因此，在遇到增大的阻力或障礙時(shí)，土壤將向下鉆進(jìn)，因而具有良好的下沉特性。如果不增加很多分量，對(duì)粘性土具有良好的適應(yīng)性。本文采用圓盤式開溝器進(jìn)行作業(yè)，并利用其自重將其埋入土壤中。圓盤向前滾，把土壤分開并推到一邊，從而產(chǎn)生了播種槽。種子經(jīng)導(dǎo)管流入溝渠底部。因?yàn)橛械度校?dāng)?shù)毒邼L動(dòng)時(shí)，可以將土壤，雜草和秸稈切割成小塊。因此，在惡劣的地形，潮濕的土壤條件下，仍然可以很好的發(fā)揮作用，而且運(yùn)行得更順暢，能夠適應(yīng)高速度的工作。在開挖時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生粘性，不會(huì)發(fā)生堵塞，也不會(huì)出現(xiàn)上下兩層土的相互融合。2.4旋耕刀設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中所用到的主要工具是旋耕刀，旋耕刀必須與底面表面進(jìn)行直接接觸，然后通過轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行旋耕。由于刀刃與地面的直接接觸，對(duì)刀刃造成了極大的損傷，所以要求刀刃具有一定的強(qiáng)度，外形美觀，工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。在本次設(shè)計(jì)的過程中，所用到的旋耕刀機(jī)構(gòu)主要包括了側(cè)切刃、過渡刃與正切刃。而且，刀片的形狀和參數(shù)會(huì)對(duì)工作質(zhì)量和所需要消耗的工具產(chǎn)生一定的影響。因此，為了將機(jī)器的動(dòng)力降到最低，必須對(duì)裝配在刀具上的刀具進(jìn)行深入的研究和分析，才能提高刀具的品質(zhì)和工作效率。裂冰刃的構(gòu)造見下圖。圖2-3切刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5旋耕刀固定盤設(shè)計(jì)利用圓盤將刀片與設(shè)備連接，利用轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的切割?？蓪?片刀片裝在由2個(gè)螺絲擰緊的刮板托盤上。在使用過程中，因刀具對(duì)固定盤的作用力很大，因此應(yīng)選用45型鋼來固定盤。如下面的圖片所示。圖2-4固定盤二維圖上面所顯示的嵌槽，是為了裝刀具而設(shè)計(jì)的，在裝配時(shí)，需要把兩個(gè)夾板輪對(duì)準(zhǔn)，這樣就可以把刀具放進(jìn)去，并使用螺釘固定。

第3章主傳動(dòng)選型設(shè)計(jì)3.1選擇電動(dòng)機(jī)本文設(shè)計(jì)的大棚種植機(jī)的旋耕作用力為2000N,旋耕盤的旋轉(zhuǎn)速度取為5.2m/s，根據(jù)結(jié)構(gòu)，確定旋耕盤的旋轉(zhuǎn)直徑為500mm。查閱表格后得出：聯(lián)軸器的效率：η1=0.99滾動(dòng)軸承的效率：η2=0.99圓錐齒輪的效率：η3=0.98V帶帶的效率：ηv=0.96工作裝置的效率：ηw=0.97η工作機(jī)所需功率為P電動(dòng)機(jī)所需額定功率:P卷筒軸轉(zhuǎn)速：n根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，選擇了電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y160L-4，額定功率Pen=15kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=1460r/min。3.2確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比（1）總傳動(dòng)比的計(jì)算根據(jù)所選擇的電機(jī)速度nm以及工作機(jī)器主動(dòng)軸速度nw，能夠算出總體齒輪速度比如下：i（2）分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比取普通V帶的傳動(dòng)比：iv=3減速器傳動(dòng)比為i（3）各軸轉(zhuǎn)速：輸入軸：n輸出軸：n驅(qū)動(dòng)軸：n（4）各軸輸入功率：輸入軸：P輸出軸：P驅(qū)動(dòng)軸：P（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩：電機(jī)軸：T輸入軸：T輸出軸：T驅(qū)動(dòng)軸：T3.3V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)由表查得工作情況系數(shù)KA=1.1，故P根據(jù)Pca、n1選用B型。1)選擇小帶輪的直徑dd1。查表可知，選取小帶輪直徑dd1=200mm。2）驗(yàn)證了帶輪傳動(dòng)的線速度v=V形帶輪的線速度為5-30米/秒為宜。3）對(duì)大帶輪進(jìn)行直徑的計(jì)算。d取標(biāo)準(zhǔn)值為dd2=600mm?？梢杂?jì)算得出a計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度L由表選帶的基準(zhǔn)長度Ld=2800mm。計(jì)算實(shí)際中心距a。a≈驗(yàn)算小帶輪的包角αaα計(jì)算帶的根數(shù)計(jì)算單根V帶的額定功率Pr。由dd1=200mm和nm=1460r/min,查表得P0=5.13kW。根據(jù)nm=1460r/min，i=3和B型帶，查表得△P0=0.46kW。查表得Kα=0.92，KL=1.05，于是P計(jì)算帶的根數(shù)zz=取3根。每米的長度重量q=0.17kg/m，能夠計(jì)算V形帶張緊力。F計(jì)算壓軸力F3.4圓錐齒輪減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)①選擇錐形齒輪，壓力傳動(dòng)角選擇α=20°。②查表確定為軟齒面?zhèn)鲃?dòng)。③小齒輪的材料為40Cr，硬度為280HBW，大齒輪材料為45，硬度為240HBW④選小齒輪齒數(shù)z1=24，則大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=24×2.45=59。3.4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1)試算小齒輪分度圓直徑，即d①確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩:T=9550×選擇的齒輪寬度因子φR=0.3面域因子ZH=2.497查表確定材料的彈性效應(yīng)因子ZE=189.8MPa。計(jì)算小齒輪分錐角δ計(jì)算大齒輪分錐角δ計(jì)算小齒輪當(dāng)量齒數(shù)z計(jì)算大齒輪當(dāng)量齒數(shù)z計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zε。α計(jì)算αa2：α計(jì)算εαv：ε計(jì)算Zε：Z計(jì)算出了齒輪的接觸疲勞應(yīng)力σHlim1=600Mpa,σHlim1=550Mpa計(jì)算齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)：N計(jì)算NL2：N計(jì)算ZβZ取接觸參量KHN1=0.911,KHN2=0.93取安全系數(shù)S=1，能夠計(jì)算得出[σH]計(jì)算[σH2]：[σH]取[σH]和[σH]中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即[σH]=511.5Mpa②試算小齒輪分度圓直徑d2)計(jì)算圓周速度vd計(jì)算vm：v3)計(jì)算當(dāng)量齒寬系數(shù)φdb=計(jì)算φd：φ4)負(fù)荷因子的計(jì)算查表得工況因子KA=1查表得速度因子KV=1.061查表齒輪之間的負(fù)荷分布因子為：KHα=1，KHβ=1.16計(jì)算實(shí)際負(fù)載因子為K5)按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑d6)計(jì)算模數(shù)m模數(shù)取整mt=5mm3.4.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)(1)試算齒輪模數(shù)，即m1)確定公式中的各參數(shù)值。①試選載荷系數(shù)KFt=1.3②重合度系數(shù)YεY③計(jì)算YFa×YSa/[σF]查表得出大、小輪的抗彎疲勞強(qiáng)度為:σFlim1=500,σFlim2=380查表得出彎曲因素：KFN1=0.92,KFN2=0.935取安全系數(shù)S=1.25，可以計(jì)算得出σ計(jì)算[σF2]:σ從表格中可以看出，齒形因數(shù)YFa1=2.621,YFa2=2.196，YSa1=1.593,YSa2=1.834。計(jì)算得：Y計(jì)算得：Y兩者取較大值，所以Y將確定后的數(shù)值代入設(shè)計(jì)式，求得m(2)調(diào)整齒輪模數(shù)1)圓周速度νd計(jì)算dm1：d計(jì)算vm：v2)齒寬bb=3)齒寬與中點(diǎn)齒高之比b/hm計(jì)算hm：h計(jì)算寬高比：b3)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF查圖得動(dòng)載系數(shù)KV=1.044查表齒輪之間的負(fù)荷分布因子為：KFα=1，KFβ=1.16計(jì)算實(shí)際負(fù)載因子為K4)計(jì)算按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)m=對(duì)比計(jì)算結(jié)果，從滿足彎曲疲勞強(qiáng)度出發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)中就近取m=5mm；取小齒輪直徑為d1=110.62mm，即z1=d1/m=22，則z2=i×z1=54。3.5輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算1)求輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1P1=11.63kW；n1=486.67r/min；T1=228.22N?m2)初步確定軸的最小直徑：先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBW，根據(jù)表，取A0=110，于是得d輸入軸的最小直徑是安裝大帶輪處的軸徑，由于安裝鍵將軸徑增大5%dmin=1.05×31.68=33.26mm故選取:d12=34mm3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖圖3-1高速軸示意圖為使大帶輪在軸線方向上的完成固定，需要在II-III軸節(jié)的端部制造一個(gè)軸肩，所以將II-III節(jié)段的外徑d23=40mm。大帶輪的輪轂寬度L=48毫米，I—II部分的長度要稍小于大帶輪的輪緣寬度L，現(xiàn)取l12=46mm。4)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行初始選擇。由于主軸受到徑向推力的影響，所以選擇了圓錐滾子軸承，根據(jù)d23=40mm，選擇型號(hào)為30209，可以確定這個(gè)軸承尺寸為dxDxTxB=45x85x20.75x19mm，所以d34=d56=45mm。完成定位軸肩的計(jì)算，推導(dǎo)出d67=40mm。5)根據(jù)軸承型號(hào)和尺寸，推導(dǎo)出了軸承的定位軸的肩部高度d45=50mm。6)軸承端蓋厚度e=10，墊片厚度Δt=2，取套杯厚度為e4=10,取定位安全距離為K=22，可以計(jì)算得出l7）考慮箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)推算l34=T=20.75mm8)為了軸由較大的剛度，軸承支點(diǎn)距離不宜過小,取軸承支點(diǎn)為錐齒輪軸上的距離為2.5倍軸軸承段直徑,則ll56=T=20.75mm9)取錐齒輪到內(nèi)壁距離Δ1=10mml至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。表3-1軸的直徑和長度軸段123456直徑344045504540長度464620.7591.7520.7570.75小齒輪所受的圓周力F小齒輪所受的徑向力F小齒輪所受的軸向力FFae=Fa1=670.48N根據(jù)30209軸承，可以計(jì)算得出a=9.5mm軸承的中心距離軸的支撐點(diǎn)的尺寸l軸向承載力的中間間距:l軸承的中心到齒輪中心的間距l(xiāng)①軸系支承反力的求解V形帶輪壓軸力Q=1690N水平方向支承力F代入數(shù)據(jù)能夠得出F豎直方向的支承力F代入數(shù)據(jù)能夠得出F②軸系彎矩矩的求解橫截面C的水平彎矩M橫截面B的垂直彎矩M橫截面C的垂直彎矩M橫截面D的垂直彎矩M可以計(jì)算得出橫截面B的合成矩M可以計(jì)算得出橫截面C的合成矩M可以計(jì)算得出橫截面D的合成矩M③作合成彎矩圖（圖d）T1=228220N?mm作轉(zhuǎn)矩圖（圖e）圖3-2高速軸受力及彎矩圖10)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度一般僅對(duì)受最大彎矩與扭矩作用的部位進(jìn)行校核。如有需要，設(shè)α=0.6，可以計(jì)算得出?？箯澖孛嫦禂?shù)為W=0.1×抗扭截面系數(shù)為W當(dāng)量應(yīng)力為σ故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度。3.6輸入軸的軸承計(jì)算與校核從負(fù)載和轉(zhuǎn)速的條件出發(fā)，選用了圓錐滾動(dòng)軸承作為支承。選用30209型軸承，查閱有關(guān)資料得知，其主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷Cr=67.8kN，靜態(tài)負(fù)荷C0r=83.5kN，采用正壓裝配。根據(jù)軸線上的水平支承力和豎直支承的支承條件，就可以求出綜合支承力。F經(jīng)計(jì)算得出F查表得因子Y=1.5，e=0.4F經(jīng)計(jì)算得出F從上節(jié)的計(jì)算中可以知道軸向力Fae=670.48N由Fae+Fd2=3205.53=4598.62>Fd1=1265.87N通過上述的運(yùn)算，可以看出，將支承1“壓緊”，將支承2“放松”。FF計(jì)算得F計(jì)算得F查表得X1=0.4，Y1=1.5，X2=1，Y2=0根據(jù)工況，查得載荷系數(shù)fd=1P1=計(jì)算得P2=因?yàn)镻1<P2，所以僅需要對(duì)軸承2進(jìn)行校驗(yàn)。軸承的平均使用年限為24,000個(gè)小時(shí)。L軸承具有足夠壽命。3.7輸入軸鍵選擇與校核(1)輸入軸與大帶輪鍵連接校核選擇A類按鍵，查閱表格得到b×h=10mm×8mm,鍵長33mm。鍵的有效使用長度l=L-b=23mm采用40Cr作為鍵的材質(zhì)，可以得到該鍵的許用壓力[σ]p=120MPa?？梢杂?jì)算得出擠壓應(yīng)力σ(2)輸入軸與小錐齒輪鍵連接校核選擇A類按鍵，查閱表格得到b×h=12mm×8mm,鍵長47.375mm。鍵的有效使用長度l=L-b=35.375mm采用40Cr作為鍵的材質(zhì)，可以得到該鍵的許用壓力[σ]p=120MPa?？梢杂?jì)算得出擠壓應(yīng)力σ3.8減速器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頂蓋上上面留有蓋板，它能起到觀察的作用，從中能看到齒輪的內(nèi)部嚙合，并留下一些多余的空隙，便于操作人員進(jìn)入操作；窺鏡洞裝有上蓋分隔件，在設(shè)備側(cè)面設(shè)有窺鏡口，具有突出的邊沿，方便支承罩子，在裝配時(shí)采用墊圈。箱體的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用鑄造的加工方式，可以完成對(duì)箱體的鑄造加工，整體尺寸為432mmX350mmX175mm，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-3箱體結(jié)構(gòu)圖3.9聯(lián)軸器的選擇該裝置可以使兩個(gè)不同轉(zhuǎn)軸進(jìn)行持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，扭矩也可以進(jìn)行可靠的傳動(dòng)，部分聯(lián)軸器還具備角向補(bǔ)償功能，萬向聯(lián)軸器是目前應(yīng)用最多的一種。鑒于該設(shè)備在使用過程中有一定的雨淋、灰塵等環(huán)境，且環(huán)境較為苛刻，因此不能選用諸如橡膠之類的非金屬零件。由于工作條件比較復(fù)雜，且雙軸之間存在著很大的額外變形，因此，通過比較，選用萬向式聯(lián)軸節(jié)。各種聯(lián)軸節(jié)的特性列于下表中。表3-2不同種類聯(lián)軸器的特點(diǎn)聯(lián)軸器名稱特點(diǎn)滑塊聯(lián)軸器適用于低轉(zhuǎn)速，一般不能超過300r/min。齒式聯(lián)軸器工作時(shí)的承載能力特別強(qiáng)，工作穩(wěn)定，但是成本高。萬向聯(lián)軸器具有很大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，能在各種惡劣的環(huán)境中持續(xù)工作，應(yīng)用最廣泛。萬向聯(lián)軸器按傳動(dòng)力矩的多少可分為重、中、輕、小三種類型。其構(gòu)造型式有：十字軸式、球籠式等。十字軸式萬向聯(lián)軸器是目前使用最多的一種，它具有較高的載荷和穩(wěn)定的傳輸性能，適用于農(nóng)機(jī)、工業(yè)等領(lǐng)域。而球-籠型萬向接頭則多用于汽車上。通過對(duì)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸的匹配情況分析，最后選擇了萬向聯(lián)軸器，型號(hào)為SWC-I58。3.10旋耕主軸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸是一種比較常見的機(jī)器零件，它的基本特點(diǎn)是有一個(gè)回轉(zhuǎn)體，它可以在機(jī)械裝置中作為轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，可以通過聯(lián)軸節(jié)和傳動(dòng)鍵等零件來完成與電機(jī)、齒輪和鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)軸的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)是一個(gè)代表性的研究方向，它要求在各種載荷條件下，準(zhǔn)確地計(jì)算出轉(zhuǎn)軸的真實(shí)應(yīng)力特性。在此基礎(chǔ)上，采用材料力學(xué)、理論力學(xué)、有限元分析等多種分析技術(shù)，對(duì)機(jī)床主軸進(jìn)行了強(qiáng)度檢驗(yàn)，并進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1、計(jì)算轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)特性計(jì)算得出功率P轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速：n驅(qū)動(dòng)軸扭矩：T確定轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。圖3-4轉(zhuǎn)軸的零件布置圖(1)1段軸是安裝夾緊螺母的位置，由轉(zhuǎn)軸的最小直徑來決定其大小為M24。(2)2段軸與皮帶輪內(nèi)孔的匹配，并從主軸總體布局上考慮，主軸直徑d=29mm，主軸長度為60mm。(3)3段軸上部沒有裝配零件，該零件的主要功能是構(gòu)成軸肩，并對(duì)裝配于2軸的V形帶輪進(jìn)行軸向定位，這段軸的直徑為34毫米。(4)4段軸上部裝有軸承，并查閱了軸承選擇說明書，對(duì)軸徑進(jìn)行了直徑選擇，軸段直徑d=35毫米。(5)5段軸上部裝有旋耕器，這取決于該構(gòu)造的布局，取d=50mm。(6)6段軸裝有軸承，并查閱了軸承選擇說明書，對(duì)軸徑進(jìn)行了直徑選擇，軸段直徑d=35毫米。3.11旋耕主軸強(qiáng)度校核本課題擬在轉(zhuǎn)軸兩端各設(shè)置一個(gè)支承，這樣的受力情況是最常見的轉(zhuǎn)軸受力情況?？梢园阎С锌醋魇寝D(zhuǎn)動(dòng)軸兩端的固定支點(diǎn)，支承上受力力矩為0。通常情況下，轉(zhuǎn)軸的承載方式可以等效為簡支梁、懸臂梁等，根據(jù)該目標(biāo)轉(zhuǎn)軸的真實(shí)應(yīng)力情況，在轉(zhuǎn)軸的兩端都是一個(gè)固定的支點(diǎn)，而轉(zhuǎn)軸則是在這兩個(gè)支點(diǎn)之間進(jìn)行的。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布符合簡支梁的力學(xué)特性，可以按簡支梁來計(jì)算。兩種受力方式如圖所示。圖3-5載荷施加方式可以確定輸送帶轉(zhuǎn)軸的受力如圖所示。圖3-6旋耕軸載荷分布圖該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的作用壓力F2為2000N，壓軸力為F1，左側(cè)支承距中部作用力為700mm，中部作用力距右側(cè)支承為700mm，左側(cè)軸承與壓軸力之間的距離為120mm。 式中，為左軸承的受力；為右軸承的受力；為帶輪壓軸力，為500N；為旋耕裝置的壓力，為2000N;通過數(shù)據(jù)可以計(jì)算確定為1457N，為1043N。在計(jì)算各個(gè)位置的作用力時(shí)，無法準(zhǔn)確地體現(xiàn)出轉(zhuǎn)軸的真實(shí)負(fù)載狀態(tài)，通常都要對(duì)轉(zhuǎn)軸的危險(xiǎn)截面位置進(jìn)行求解應(yīng)力，利用所學(xué)的材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以比較清楚地判斷出轉(zhuǎn)軸能否達(dá)到需求。由上述彎矩圖可知，轉(zhuǎn)軸中間彎矩相對(duì)較大，這里也是簡支梁受力最大的部位，應(yīng)求此部位的彎矩： 文中所研究的轉(zhuǎn)軸在實(shí)際工作中處于轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，必須對(duì)它的力矩進(jìn)行全面的考慮。取a=0.6，,則有: 由于轉(zhuǎn)軸的受力較為薄弱的地方直徑為80mm，可以得出: 因此，計(jì)算應(yīng)力: 本文研究的轉(zhuǎn)軸材質(zhì)是45鋼，其強(qiáng)度高，生產(chǎn)成本低，在各類機(jī)器裝備中得到了廣泛的使用。它的表層硬度很小，在應(yīng)用時(shí)通常要經(jīng)過調(diào)質(zhì)，以提高鋼鐵的耐用度。

第4章大棚種植機(jī)建模本論文所使用的3D造型工具是SolidWorks，該系統(tǒng)常用來制作各種機(jī)器的實(shí)體造型，利用其強(qiáng)大的造型能力，可以比較形象地顯示出各種零部件與裝備的內(nèi)部構(gòu)造以及組裝情況。該系統(tǒng)可用于更多的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，如齒輪，螺桿，鏈輪等；對(duì)常見的機(jī)械零部件如螺帽等進(jìn)行建模，可節(jié)省設(shè)計(jì)者對(duì)其進(jìn)行造型的大量時(shí)間，從而豐富了設(shè)計(jì)方法。SolidWorks是目前最常用的一種設(shè)計(jì)工具，它還包含了一些比較實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊，如：有限元分析模塊、工程圖模塊、裝配仿真模塊等，可以將其用于對(duì)機(jī)械裝備進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。4.1繪制各零件的三維模型鑒于整個(gè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了便于制造和降低成本，該課題所選擇的部件材質(zhì)以市面上比較普遍的Q235鋼和低碳鋼為主體；該產(chǎn)品具有良好的硬度和低廉的制作費(fèi)用，可以達(dá)到該工程的需要，并且可以減少設(shè)備的制作費(fèi)用。每個(gè)部件按照其外形特征，以機(jī)加部件和焊接部件居多，每一個(gè)部件都在安裝位置留下了螺釘連接孔或螺紋，便于不同部件之間的互相連接。圖4-1旋耕開溝機(jī)構(gòu)三維模型圖4-2減速器三維模型4.2整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照以上章節(jié)所提供的零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)零部件的三維模型，并基于它們之間的組裝關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算，將其組裝到裝配體上，并在組裝中使用到標(biāo)準(zhǔn)件如螺絲、彈簧、螺母等。在將其導(dǎo)入到裝配體中以后，利用匹配特性，按照其在空間上的位置關(guān)系，將其從空間上分散的狀態(tài)進(jìn)行組合，從而達(dá)到所設(shè)計(jì)的真實(shí)的裝配狀況。利用色彩編輯指令對(duì)工件進(jìn)行外部色彩變換，使其更直接地反映出工件的真實(shí)構(gòu)造特性。它由齒輪減速器，機(jī)架，皮帶輪和切割刀具組成。圖4-3大棚種植機(jī)整體三維圖4.3有限元仿真校核計(jì)算4.3.1有限元分析方法計(jì)算過程有限元分析是一種用于解決復(fù)雜工程問題的數(shù)值分析方法。它通過將一個(gè)連續(xù)的物理系統(tǒng)離散化為有限小的、相互連接的單元，從而能夠精確地模擬各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和行為。下面是一些基本的有限元分析步驟：（1）前處理：這一階段主要涉及建立和分析問題的幾何模型。需要?jiǎng)?chuàng)建與實(shí)際物體相似的幾何模型，并定義材料屬性，如彈性模量、泊松比和密度等。（2）網(wǎng)格生成：將連續(xù)的幾何模型離散化為有限個(gè)小的、互連的元素。每個(gè)元素代表了模型的一部分，并且每個(gè)元素都有一定的屬性，如形狀、大小和材料屬性等。（3）邊界條件和載荷施加：根據(jù)實(shí)際問題，對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行定義，例如固定邊界、滑動(dòng)邊界或彈性邊界等。同時(shí)，還需根據(jù)物理問題的實(shí)際需求，將相應(yīng)的載荷施加到模型上。（4）求解方程：這一步涉及到有限元分析的核心部分，即求解離散化的方程。通常使用的方法包括直接法、迭代法和有限元軟件中的算法等。求解方程的目的是找到每個(gè)元素的位移和應(yīng)力等參數(shù)。（5）后處理：在求解方程后，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理。這一步驟包括查看和分析結(jié)果，如位移、應(yīng)力、應(yīng)變和熱流等。后處理還可以幫助用戶理解模型的性能和行為，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。4.3.2開溝輪有限元分析開溝輪是典型的簡支受力梁結(jié)構(gòu)，因此，開溝輪在中心受到開溝的作用載荷，兩側(cè)受到固定支撐，考慮到其受力較為嚴(yán)苛，因此，本章節(jié)采用有限元分析方法，完成連接架的強(qiáng)度的分析，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖4-4有限元模型1) 設(shè)置材料屬性材料是影響物體力學(xué)性能的重要參數(shù)，有限元分首先要設(shè)定分析元件的材質(zhì)屬性，本論文的研究對(duì)象的材料為Q235鋼，其機(jī)械性能中等，成本低廉，可加工性好，焊接性好，可加工性好，可用于大多數(shù)工作條件。表4-1材質(zhì)屬性楊氏模量（Pa）密度（kg/m3）泊松比2E+1178000.32)劃分網(wǎng)格在有限元計(jì)算中，網(wǎng)格是一個(gè)重要的計(jì)算單位，其本質(zhì)就是把被測(cè)物體分割成許多非常細(xì)小的應(yīng)力網(wǎng)格，利用這些應(yīng)力模型可以得到每個(gè)網(wǎng)格間的應(yīng)力轉(zhuǎn)移情況。進(jìn)一步可以得到被研究目標(biāo)的整個(gè)機(jī)械狀況。所以，合理地進(jìn)行單元?jiǎng)澐质潜ＷC受力目標(biāo)計(jì)算精度的一個(gè)重要方面。文中所使用的有限元程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)剖分，并可實(shí)現(xiàn)四面體剖分，且剖分速度較快，計(jì)算精度較高。圖4-5網(wǎng)格模型3）施加約束和載荷為確保計(jì)算精度，必須依據(jù)被測(cè)物體的具體特點(diǎn)，進(jìn)行合理的受力計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上增設(shè)約束。分析本文的研究對(duì)象的受力特征，其主要承受為開溝的反作用力，在開溝輪的反作用力100N，在轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)施加載荷，并在中心安裝軸承處加上一定的固定約束條件，符合真實(shí)情況。圖4-6載荷模型4）分析結(jié)果當(dāng)以上的模型設(shè)定完畢以后，就可以開始進(jìn)行建模的運(yùn)算，由軟件按照使用者所設(shè)定的狀況來進(jìn)行運(yùn)算；在制作完畢以后，由于有限元模擬的結(jié)果比較繁瑣，利用該分析處理軟件，可以得到被分析目標(biāo)的各個(gè)部位的變形、應(yīng)力等特征參數(shù)。通過分析下圖的受力分析結(jié)果，可以清楚地看到目標(biāo)的應(yīng)力狀態(tài)、變形狀態(tài)。選用的材質(zhì)為Q235鋼，其屈服強(qiáng)度為235MPa，從應(yīng)力分析圖可知，應(yīng)力最大值為28.4MPa，小于屈服應(yīng)力，能夠滿足使用。從變形分析圖可知，最大位移僅為0.1mm，該位移同樣非常小，在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)產(chǎn)生過大的變形。圖4-7整體應(yīng)力模型圖圖4-8整體變形圖

第5章經(jīng)濟(jì)效益分析在農(nóng)業(yè)中使用的機(jī)器人。具有感知、決策、控制和執(zhí)行等功能的多自由度自治操作設(shè)備。該系統(tǒng)由信息感知系統(tǒng)，決策控制系統(tǒng)，工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及自治運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組成。即“眼，腦，手，足”。農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種新型的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。在移動(dòng)通信和傳感器等前沿科技的帶動(dòng)下，已經(jīng)逐步滲透到了種植和養(yǎng)殖行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，各種類型的農(nóng)用機(jī)器人也在不斷地被開發(fā)出來。在人工智能時(shí)代，人工智能、機(jī)器人、自動(dòng)農(nóng)業(yè)等技術(shù)正在推動(dòng)著農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的蓬勃發(fā)展。作為一個(gè)農(nóng)業(yè)國家，中國有將近1億7千萬畝耕地，對(duì)育種和育苗機(jī)器人的需求很大。在2016年，中國糧食種植面積為166939hm2，連續(xù)兩年均呈下降趨勢(shì)，2018年全年糧食種植面積為165931000hm2，較2018年小幅反彈。預(yù)計(jì)2020-2022年，全國糧食種植面積將再次增加，預(yù)計(jì)2022年全國糧食種植面積將達(dá)16999萬畝。圖5-1農(nóng)作物播種面積變化在常規(guī)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，需要的是種子，化肥，農(nóng)藥；農(nóng)業(yè)機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械和溫室所需的塑料薄膜。在生產(chǎn)過程中，要對(duì)作物進(jìn)行播種，施肥和除草；水利，害蟲，等等。在生產(chǎn)過程中，要把產(chǎn)品的采收、挑選出來。在傳統(tǒng)的畜牧業(yè)生產(chǎn)中，需要選址，建立飼養(yǎng)舍，選種，飼料，藥物等。在生產(chǎn)過程中，要對(duì)奶牛的繁殖、飼養(yǎng)、疾病的預(yù)防以及對(duì)環(huán)境的清潔進(jìn)行管理。在生產(chǎn)過程中，要給牲畜稱重、宰殺。當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興科技為代表的新型科技正在農(nóng)牧生產(chǎn)過程中得到廣泛的運(yùn)用。根據(jù)工作目標(biāo)的差異，可以將農(nóng)業(yè)機(jī)器人分為栽培型和栽培型兩大類。種植機(jī)器人分為農(nóng)田種植機(jī)器人、果園機(jī)器人、設(shè)施種植機(jī)器人等。圖5-2農(nóng)作物機(jī)器人的分類由于發(fā)展農(nóng)業(yè)是人民生活的基礎(chǔ)，因此，世界各國都十分關(guān)注機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用。隨著各行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化、科技化也日益得到人們的關(guān)注，政府大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并把它運(yùn)用到農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)等各方面；促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化和科技的發(fā)展。隨著電子與電腦科技的飛速發(fā)展，智能化的機(jī)器人被越來越多地運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，中國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在2019年的生產(chǎn)規(guī)模為17000部，2015年為3250萬部，需求為17273部，需求為3515萬部。據(jù)預(yù)測(cè)，在2023年，中國將生產(chǎn)31,193部農(nóng)機(jī)機(jī)器人，而對(duì)農(nóng)機(jī)的需求將達(dá)到31473部。圖5-3農(nóng)作物機(jī)器人產(chǎn)量變化趨勢(shì)農(nóng)機(jī)機(jī)器人是一門綜合性學(xué)科，它融合了計(jì)算機(jī)，傳感器，通訊，加工等領(lǐng)域的尖端技術(shù)。在農(nóng)田作業(yè)中，由于作業(yè)場(chǎng)地的差異，需要配備多種作業(yè)平臺(tái)的作業(yè)機(jī)器人。通過使用農(nóng)機(jī)，可以取代人工完成繁重的體力活，從而達(dá)到提升農(nóng)機(jī)作業(yè)的機(jī)械化和機(jī)械化程度，從而提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益。目前，農(nóng)機(jī)在國內(nèi)得到了越來越多的使用，其市場(chǎng)也越來越大。2019年，中國農(nóng)機(jī)行業(yè)的銷售額為1.24億，達(dá)到了4.97億，而到了2023年，這個(gè)行業(yè)的銷售額將會(huì)達(dá)到8.21億美元。在這一數(shù)字中，步行式農(nóng)機(jī)機(jī)器人的銷售額將達(dá)到6.19億美元，而機(jī)器手類機(jī)器人和其它產(chǎn)品的銷售額將達(dá)到2.02億美元。圖5-4農(nóng)作物機(jī)器人的細(xì)分變化近幾年，伴隨著產(chǎn)業(yè)化步伐的加速，農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用日益廣泛。隨著我國農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的不斷發(fā)展，我國農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的需求量也在不斷增加，帶動(dòng)了農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的整體價(jià)格水平。圖5-5農(nóng)作物機(jī)器人價(jià)格變化農(nóng)機(jī)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈由原料供應(yīng)商和下游的應(yīng)用兩部分組成。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的制造過程中，需要的是原材料，包括金屬材料，馬達(dá)和電子零件等。而在未來的發(fā)展過程中，其下游的市場(chǎng)需求也將成為推動(dòng)農(nóng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、收獲和農(nóng)田管理等方面具有重要的意義。農(nóng)機(jī)機(jī)器人的產(chǎn)品成本包含了材料成本、人力成本、制造成本等，而材料成本則包含了農(nóng)用機(jī)器人制造的關(guān)鍵材料，如集成電路、金屬材料和減速器。在農(nóng)用機(jī)器人生產(chǎn)中，原料成本是最重要的，占比超過70%，然后是生產(chǎn)成本，分別為10%和7%。圖5-6農(nóng)作物機(jī)器人的成本的變化

結(jié)論本次課題所研究的重點(diǎn)在于大棚種植機(jī)器人的發(fā)展前景與國內(nèi)對(duì)該結(jié)構(gòu)的需求，根據(jù)人們的需求制定一款用于大棚種植機(jī)器人結(jié)構(gòu)，大棚種植是人們農(nóng)業(yè)生活的重要范圍，本文研制大棚種植機(jī)器人，采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的原理，能夠完成開溝、旋耕、播種等功能，具有自主移動(dòng)，速度可控，穩(wěn)定性高，承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單易操作即可，需要考慮結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量以及各個(gè)零部件之間的通用性。主要研究內(nèi)容如下：（1）調(diào)研國內(nèi)外大棚種植機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，制定了大棚種植機(jī)器人的總體研究方案，確定其研究目標(biāo)，結(jié)構(gòu)組成等。（2）本文研發(fā)了大棚種植機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)方案，主要結(jié)構(gòu)包括了旋耕機(jī)構(gòu)、開溝機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)，采用電機(jī)、齒輪、V形帶機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成主要零部件的選型設(shè)計(jì)。（3）本文研發(fā)了大棚種植機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案，完成圓錐齒輪減速器、V形帶等零件選型設(shè)計(jì)，對(duì)轉(zhuǎn)軸及軸承完成強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)。（4）采用三維軟件和二維軟件，完成了大棚種植機(jī)器人的總